拉幅薄膜的成型技术主讲人：杨稳华吴伟飞导师:余剑英聚合物成型原理与技术聚合物成型原理与技术 指导老师：熊传溪指导老师：熊传溪 拉幅薄膜的成型拉幅薄膜的成型拉幅薄膜的成型工艺拉幅薄膜的成型工艺 2拉幅取向的原理和方法拉幅取向的原理和方法 1 2024/8/263拉幅取向的原理和方法拉幅取向的原理和方法 基本原理：基本原理： 在在TgTg一一TmTm（或（或Tf)Tf)温度范围，温度范围，聚合物长链受到外力作用拉聚合物长链受到外力作用拉伸时，沿力的作用方向伸长伸时，沿力的作用方向伸长和取向 拉幅薄膜的定义拉幅薄膜的定义•拉幅薄膜是将挤出得到的厚度为拉幅薄膜是将挤出得到的厚度为1-3毫米的毫米的厚片或管柸，重新加热到厚片或管柸，重新加热到Tg--Tm(或或Tf)温度温度范围进行大幅度拉伸而形成的薄膜范围进行大幅度拉伸而形成的薄膜•拉幅薄膜的生产，可以将挤出原片（或管拉幅薄膜的生产，可以将挤出原片（或管柸）与拉幅过程直接联系起来进行连续生柸）与拉幅过程直接联系起来进行连续生产，不一定将生产厚片或管柸与拉幅工序产，不一定将生产厚片或管柸与拉幅工序分为两个单独的过程来进行。
分为两个单独的过程来进行 但不管哪种方式，聚合物在拉伸前都但不管哪种方式，聚合物在拉伸前都必须从较低温度下重新加热到必须从较低温度下重新加热到Tg--Tm(或或Tf)间的加工温度，所以拉幅薄膜间的加工温度，所以拉幅薄膜是一种二次成型技术是一种二次成型技术 非晶聚合物的取向8/26/2024 分子链取向后，聚合物的物理机械分子链取向后，聚合物的物理机械性能发生了变化，产生了各向异性现性能发生了变化，产生了各向异性现象，拉幅薄膜就是大分子具有取向结象，拉幅薄膜就是大分子具有取向结构的一种材料构的一种材料 与与未未拉伸薄膜比较，拉幅薄膜有以拉伸薄膜比较，拉幅薄膜有以下特点：下特点：(1(1）） 强度为未拉伸薄膜的强度为未拉伸薄膜的3—53—5倍，透倍，透 •明度和表面光泽好，对气体和水蒸汽的渗明度和表面光泽好，对气体和水蒸汽的渗透性等降低，制品使用价值提高透性等降低，制品使用价值提高•（（2 2）薄膜厚度减小，宽度增大，平均面积）薄膜厚度减小，宽度增大，平均面积增大，成本降低增大，成本降低•(3)(3)耐热、耐寒性改善，使用范围扩大耐热、耐寒性改善，使用范围扩大。
• 薄膜的拉伸取向方法主要分为平膜法薄膜的拉伸取向方法主要分为平膜法( (即即拉幅法拉幅法) )和管膜法，两种方法又有不同的拉和管膜法，两种方法又有不同的拉伸技术，可简单分为伸技术，可简单分为: : 拉幅薄膜的成型工艺拉幅薄膜的成型工艺工艺对产品性能的影响：工艺对产品性能的影响：无定形聚合物和结晶聚合物在拉幅工艺上存在无定形聚合物和结晶聚合物在拉幅工艺上存在着着差差别，关键是要通过适当的方法和工艺条件，使薄别，关键是要通过适当的方法和工艺条件，使薄膜中聚合物分子链能形成取向结构；膜中聚合物分子链能形成取向结构；•（（1 1）未取向的无定形薄膜没有多大实用价值未取向的无定形薄膜没有多大实用价值•（（2 2）结晶而未取向的薄膜脆性大，透明性差，）结晶而未取向的薄膜脆性大，透明性差， 同样使用价值不高；同样使用价值不高；（（3 3）取向但不结晶或结晶不足的薄膜，对热）取向但不结晶或结晶不足的薄膜，对热收缩十分敏感，使用范围受到限制；收缩十分敏感，使用范围受到限制；（（4 4）结晶适当）结晶适当( (并且有微品结构并且有微品结构) )而又取向的而又取向的薄膜，不仅抗张强度和模量高，而且透明性薄膜，不仅抗张强度和模量高，而且透明性好，尺寸稳定，热收缩小，具有良好的使用好，尺寸稳定，热收缩小，具有良好的使用性能。
性能 坯料加热到Tg－Tm的温度区间恒温拉伸张紧热定型冷却 坯料加热到Tm熔融，破坏结晶结构骤冷，降温至Tg以下，减少聚合物的结晶程度加热到Tg温度以上，快速拉伸骤冷降温至Tg温度以下，保持取向结构取向薄膜在0.85Tm温度处短时间退火冷却后，得到微晶结构均匀的拉幅薄膜产品 1. 平膜法逐步拉伸薄膜平膜法逐步拉伸薄膜的成型的成型 目前用得最多的是先进行纵向拉伸，后进行目前用得最多的是先进行纵向拉伸，后进行横向拉伸的方法，但有资料认为先横后纵的方横向拉伸的方法，但有资料认为先横后纵的方法能制得厚度均匀的双轴拉伸薄膜法能制得厚度均匀的双轴拉伸薄膜 进行纵拉伸时也有多点拉伸和单点拉伸之进行纵拉伸时也有多点拉伸和单点拉伸之分，如果加热到类橡胶态的厚片是由两个不同分，如果加热到类橡胶态的厚片是由两个不同转速的辊拉伸时称单点拉伸，两辊简表面的线转速的辊拉伸时称单点拉伸，两辊简表面的线速度之比就是拉伸比，通常在速度之比就是拉伸比，通常在3—93—9之间；如果之间；如果拉伸比是分配在拉伸比是分配在若若干个不同转速的辊筒来完成干个不同转速的辊筒来完成 拉幅机分为预热段、拉伸段、热定型段和冷却拉幅机分为预热段、拉伸段、热定型段和冷却段。
段拉伸段由拉幅机组成，拉幅帆有两条张开拉伸段由拉幅机组成，拉幅帆有两条张开呈一定角度的轨道，其上固定有链轮链条可绕呈一定角度的轨道，其上固定有链轮链条可绕链轮沿轨道运输固定在链条上的夹具可夹住薄链轮沿轨道运输固定在链条上的夹具可夹住薄膜的两边，在沿轨道运行中对薄膜产生强制横膜的两边，在沿轨道运行中对薄膜产生强制横向拉伸作用达预定横向拉伸比后夹具松开，向拉伸作用达预定横向拉伸比后夹具松开，薄膜进入热定型区进行热处理，最后经冷却、薄膜进入热定型区进行热处理，最后经冷却、切边和卷绕而得产品切边和卷绕而得产品 •时，则称为多点拉伸，这时这些辊筒的转时，则称为多点拉伸，这时这些辊筒的转速是依次递增的，其总拉伸比是最后一个速是依次递增的，其总拉伸比是最后一个拉伸辊拉伸辊( (或冷却辊或冷却辊) )的转速与第一个拉伸辊的转速与第一个拉伸辊( (或预热辊或预热辊) )的转速之比多点拉伸具有拉的转速之比多点拉伸具有拉伸均匀，拉伸程度大，不易产生细颈现象伸均匀，拉伸程度大，不易产生细颈现象( (薄膜两边变厚而中间变薄薄膜两边变厚而中间变薄) )等优点，实际等优点，实际应用较多应用较多 2. 管膜法拉幅薄膜管膜法拉幅薄膜 管管膜膜法法拉拉幅幅薄薄膜膜的的成成型型工工艺艺通通常常可可分分为为管管坯坯成成型型、、拉拉伸伸和和热热定定型型三三个个阶阶段段，，管管坯坯通通常常由由挤挤出出机机将将熔熔融融塑塑料料经经管管型型机机头头挤挤出出形形成成；；并并立立刻刻被被冷冷却却夹夹套套的的水水冷冷却却。
如如下下图图所示：所示： 拉幅薄膜成型过程中的影响因素拉幅薄膜成型过程中的影响因素•1. 1. 拉伸温度拉伸温度• 聚合物分子的取向为一松弛现象，在同样的取向条件聚合物分子的取向为一松弛现象，在同样的取向条件下，聚合物分子中松弛时间短的部分能较早的取向，而松下，聚合物分子中松弛时间短的部分能较早的取向，而松弛时间长的部分，取向较晚弛时间长的部分，取向较晚• 松弛时间随温度升高而减少，所以升高温度有利于分松弛时间随温度升高而减少，所以升高温度有利于分子取向，并能降低达到一定取向度所需的拉应力子取向，并能降低达到一定取向度所需的拉应力 温度过高时，解取向也加快因此不适当地升温度过高时，解取向也加快因此不适当地升高温度高温度, ,甚至会使薄膜强度降低过甚，而在拉甚至会使薄膜强度降低过甚，而在拉伸中断裂，故取向温度应适当，一般控制在伸中断裂，故取向温度应适当，一般控制在Tg—Tm(Tg—Tm(或或Tf)Tf)间根据这一原因，薄膜取向后间根据这一原因，薄膜取向后必须进行快速冷却，否则长时间的高温作用会必须进行快速冷却，否则长时间的高温作用会使薄膜中取向结构消失或减少使薄膜中取向结构消失或减少。
•2. 2. 拉伸速度拉伸速度•由于松弛过程需要时间，因此拉伸时，大分子形由于松弛过程需要时间，因此拉伸时，大分子形变取向的松弛过程落后于拉伸速度的变化，如果变取向的松弛过程落后于拉伸速度的变化，如果拉伸速度过大，在较低延伸时，薄膜就可能在拉拉伸速度过大，在较低延伸时，薄膜就可能在拉伸中破裂所以薄膜的延伸率和取向度是随拉伸伸中破裂所以薄膜的延伸率和取向度是随拉伸速度增大而减小的速度增大而减小的 •3. 3. 拉伸倍数拉伸倍数•薄膜中的取向度随拉伸倍数而增加在通常采用的先纵后薄膜中的取向度随拉伸倍数而增加在通常采用的先纵后横的拉伸工艺中，如果纵拉伸倍数过大，薄膜中先形成了横的拉伸工艺中，如果纵拉伸倍数过大，薄膜中先形成了较高程度的单轴取向，再横拉伸时就要大大地提高拉伸倍较高程度的单轴取向，再横拉伸时就要大大地提高拉伸倍数，所以纵拉伸倍数不宜过大纵拉伸一船较容易实现和数，所以纵拉伸倍数不宜过大纵拉伸一船较容易实现和控制，横拉伸则要困难得多，而且工艺难于调节和控制，控制，横拉伸则要困难得多，而且工艺难于调节和控制，较多采用较低的纵拉伸倍数较多采用较低的纵拉伸倍数•通常纵、横拉伸倍数大多在通常纵、横拉伸倍数大多在3-43-4之间，保证薄膜在之间，保证薄膜在各个方向都有较均衡的性能。
各个方向都有较均衡的性能 •4. 4. 后处理后处理•对无定形聚合物的热处理温度通常在对无定形聚合物的热处理温度通常在TgTg附近，附近，而而结晶聚合物的热处理通常在最大结晶温度以下结晶聚合物的热处理通常在最大结晶温度以下•对结晶聚合物来讲，薄膜中微晶结构的形成能使对结晶聚合物来讲，薄膜中微晶结构的形成能使聚合物的取向结构保存下来，使聚合物薄膜的热聚合物的取向结构保存下来，使聚合物薄膜的热收缩降低到最小程度，因此薄膜的热定型过程实收缩降低到最小程度，因此薄膜的热定型过程实 •质上是聚合物结晶的过程质上是聚合物结晶的过程•为了防止聚合物中分子主链在热定型中发生解取为了防止聚合物中分子主链在热定型中发生解取向，同时有利于链段的松弛，取向薄膜的热定型向，同时有利于链段的松弛，取向薄膜的热定型必须在连续紧张的条件下进行必须在连续紧张的条件下进行 小结小结（1 1）拉伸速率与拉伸倍数一定时，拉伸温度）拉伸速率与拉伸倍数一定时，拉伸温度越低，取向作用越大越低，取向作用越大2 2）拉伸温度和拉伸速度一定时，取向度随）拉伸温度和拉伸速度一定时，取向度随拉伸倍数增大而提高拉伸倍数增大而提高3 3）任何拉伸条件下，冷却速度愈快，有效）任何拉伸条件下，冷却速度愈快，有效取向度愈高。
取向度愈高 小结小结（（4 4）拉伸温度和拉伸倍数一定时，拉伸速度）拉伸温度和拉伸倍数一定时，拉伸速度愈大，取向作用愈大愈大，取向作用愈大5 5）拉伸速度和拉伸温度一定时，拉伸比随）拉伸速度和拉伸温度一定时，拉伸比随拉伸应力增加时，拉伸应力增加时，薄膜薄膜取向度提高取向度提高6 6）拉伸速度随温度升高而加快，在有效冷）拉伸速度随温度升高而加快，在有效冷却条件下，有效取向程度提高却条件下，有效取向程度提高。